(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の領域のイメージを構築するためのイメージデータを提供する方法であって、
放射源から対象物へ入射放射を供給し、少なくとも１つの検出器によって、前記対象物によって散乱された放射強度を検出するステップと、
前記対象物の領域の少なくとも一つの特性を示す物体関数を算出するステップと、
前記入射放射の少なくとも一つの特性を示すプローブ関数を算出するステップと、
前記対象物によって散乱されて測定された放射強度の検出に応答して繰り返し過程によってイメージデータを提供するステップとを備え、
前記繰り返し過程は、前記対象物に関する前記物体関数の推量値を決定するために利用される前記プローブ関数の推量値によって、前記物体関数と前記プローブ関数のそれぞれを、ステップごとに繰り返し再算出するステップを有し、
前記物体関数と前記プローブ関数が前記繰り返し再算出されることは、
前記算出された物体関数と前記算出されたプローブ関数を掛け合わせて出射波関数を提供するステップと、
予想される散乱パターンの推量値を提供するために前記出射波関数に伝播関数を適用するステップと、
前記対象物によって散乱された、測定された放射強度に従い前記予想される散乱パターンの特性の少なくとも１つを修正するステップと
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項２】
更新された出射波関数を提供するため、前記修正された予想される散乱パターンに逆伝播関数を適用するステップと、
前記更新された出射波関数に応答して、前記物体関数の推量値を更新するステップと
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記物体関数は
0005619767.tif 000006
にしたがって再算出され、ここで、Ｏｋ（ｒ）は前記物体関数の現在の（ｋ番目の）推量値、Ψｋ（ｒ，Ｒ）は現在の出射波関数、Ψ’ｋ（ｒ，Ｒ）はフーリエ変換またはフレネル変換が修正された前記更新された出射波関数、Ｐｋ（ｒ−Ｒ）は前記プローブ関数の現在の（ｋ番目）推量値、αはアルゴリズムの実行を最適化するように調整されることができる定数である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記対象物がない状態で測定される、対象物のない予想される散乱パターンの推量値を提供するために前記対象物がない状態におけるプローブ関数に伝播関数を適用するステップと、
前記対象物がない状態で、前記検出器における測定面で測定された放射強度に従って、前記対象物のない予想される散乱パターンの特性の少なくとも１つを修正するステップと
をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記プローブ関数の更新された推量値を提供するため、前記修正された対象物のない予想される散乱パターンに逆伝播関数を適用するステップと、
前記更新された前記対象物がない状態におけるプローブ関数に応答して、前記プローブ関数の前記推量値を更新するステップと
をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記プローブ関数は
0005619767.tif 000007
にしたがって再算出され、ここで、Ｏｋ（ｒ）は前記物体関数の現在の（ｋ番目の）推量値、Ψｋ（ｒ，Ｒ）は現在の出射波関数、Ｐ’ｋ（ｒ）はフーリエ変換が前記測定された放射強度Ωｐ（ｕ）を使用して修正された前記更新されたプローブ関数、Ｐｋ（ｒ）は前記プローブ関数の現在の（ｋ番目）推量値、βはアルゴリズムの実行を最適化するように調整されることができる定数であることを特徴とする請求項１乃至５いずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記推量された出射波関数に伝播関数を適用して、前記検出器における前記測定面において予想される散乱パターンの推量値を提供し、
0005619767.tif 000008
であって、ここでＴは、前記物体の面と前記検出器における前記測定面との間の前記伝播を適切にモデル化する伝播関数であって、Ｔはフーリエ変換またはフレネル変換を含み、Ψk(u)は伝播関数が適用されたｋ番目の散乱パターン推量値であることを特徴とする請求項１乃至６いずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記物体の面において更新された出射波関数を提供するため、前記修正された予想される散乱パターンに前記逆伝播関数を適用して、
0005619767.tif 000009
であって、ここでＴ−１は、前記検出器における前記測定面と前記物体の面との間の前記伝播を適切にモデル化する伝播関数であって、Ｔ−１は逆フーリエ変換または逆フレネル変換を含み、ψ’k(r, Rk)は前記物体の面内の前記修正された出射波関数であり、Ψ’k(u)は前記修正された散乱パターンであることを特徴とする請求項１乃至７いずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記繰り返し過程において、前記プローブ関数の前記推量値と物体関数の前記推量値とをそれぞれ同時に更新するステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記入射放射が前記対象物によって散乱された、または前記対象物に対して第１の位置にある対象の前のアパーチャによって散乱された放射の前記強度を検出するステップと、
前記入射放射または前記対象物に対して少なくともひとつの更なる位置に前記対象の前のアパーチャを再位置決めするステップと、
次に前記入射放射が前記対象物によって散乱された、または前記対象物に対して前記少なくともひとつの更なる位置にある対象の前のアパーチャによって散乱された放射の前記強度を検出するステップと、
前記第１の、および少なくとも１つの更なる位置において散乱され測定された放射強度に応答して前記イメージデータを提供するステップと
をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記対象物の前記領域の特性の少なくとも１つを示す前記物体関数を推量するステップと、
前記対象物または前記対象の前のアパーチャにおける入射放射の特性の少なくとも１つを示す前記プローブ関数を推量するステップと
をさらに備えたことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記放射源と前記検出器との間に対象物を置く前および／または後に、前記対象物がない状態で提供された放射の前記強度を検出するステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前もってモデル化されたプローブ関数に従って、または前記プローブ関数のランダムな近似を提供することによって前記プローブ関数の初期の推量値を提供するステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記検出器において検出される放射を拡散するように配置された拡散器を提供するステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記対象物は前記入射放射に対して少なくとも部分的に透過的であり、前記対象物によって散乱された放射の強度を検出することは前記対象物を透過した放射の強度を検出することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記対象物は前記入射放射に対して少なくとも部分的に反射的であり、前記対象物によって散乱された放射の強度を検出することは前記対象物によって反射された放射の強度を検出することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
対象物の領域のイメージを生成するためのイメージデータを提供するための装置であって、対象物を所与の位置に位置させるための手段と、
前記位置させる手段によって位置された対象物に入射放射を提供するための放射源と、入射放射を位置させるための前記対象物を位置させる手段、または、前記対象物に対して１または複数の位置にある対象の後ろのアパーチャによって散乱された放射強度を検出するための少なくとも１つの検出装置と、
対象物によって散乱されて測定された放射強度の検出に応答して繰り返し過程によってイメージデータを提供する処理手段を有し、
前記処理手段は、前記繰り返し過程において、前記対象物の領域の特性の少なくとも１つを示す物体関数と前記入射放射の特性の少なくとも１つを示すプローブ関数のそれぞれを、前記対象物に関する前記物体関数の推量値を決定するために利用される前記プローブ関数の推量値によって、ステップごとに繰り返し再算出するように配置され、
前記物体関数と前記プローブ関数が前記繰り返し再算出されることは、
前記推量された物体関数と前記算出されたプローブ関数を掛け合わせて出射波関数を提供するステップと、
予想される散乱パターンの推量値を提供するために前記出射波関数に伝播関数を適用するステップと、
前記対象物によって散乱された、測定された放射強度に従い前記予想される散乱パターンの特性の少なくとも１つを修正するステップと
を含むことを特徴とする装置。
【請求項１８】
前記入射放射は実質的に局部集中していることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記検出器において検出される放射を拡散するように配置された拡散器をさらに含むことを特徴とする請求項１７または１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記拡散器は対象の前のアパーチャに位置することを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
コンピュータによって実行されると、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の方法を実行する命令を有するコンピュータ可読記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の領域のイメージを構築するために使用されるタイプのイメージデータを提供する方法と装置に関する。特に、しかし限定ではなく、本発明は未知のプローブ関数を利用して反復過程を用いた、このようなイメージデータを提供する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物（時に例と呼ぶ）の空間的な情報を得るための多くのタイプのイメージング技術が知られている。たとえば従来の透過イメージングでは物体は平面波光によって照射された。物体によって散乱された波はレンズによって再干渉されイメージを形成する。超短波長イメージング（Ｘ線または電子線）の場合この技術は、解像度と結果として得られるイメージの解像性を制限するレンズによって引き起こされる収差と不安定さに関係する多くの知られた困難点を有している。典型的な達成された解像度は理論的な限界より何倍も大きい。他のタイプのイメージング技術が知られているがこれらの多くは解像度の限界、長いデータ収集時間、または複雑で高価な装置が必要であるなどの問題を有している。
【０００３】
高解像度イメージング技術が特許文献１に開示されている。参照することにより組み込まれる、この文献では、対象物において放射線源からの入射放射線を提供するステップを含む、対象物の領域のイメージを構築するためのイメージデータを提供する方法と装置が開示されている。少なくとも1つの検出器によって、対象物によって散乱された放射線の強度を検出し、入射放射線または対象物に対して後ろにある対象物のアパーチャの位置が高精度でない、検出された強度に対応してイメージデータを提供する。また、透過関数または光関数などの可動式のゆっくり動くプローブ関数を用いた繰り返しのプロセスによってこのようなイメージデータを提供する方法も開示されている。
【０００４】
特許文献１に開示されている技術が念写法的繰り返しエンジン（ＰＩＥ）として当業者に参照されている。これは一組のディフラクションパターン測定からの物体の領域に関するイメージデータを回復するための強力な技術である。それぞれのディフラクションパターンは、物体と相互作用する局所的な水平の領域に波面の強度が集中するという要求とともに、コヒーレント放射である既知の波面によって物体を照らすことによって形成される。このような波面の例としては、アパーチャが平面波によって照らされたとき、アパーチャの後ろに短距離生成される波面があり、焦点は平面波によって照らされた凸レンズによって生成されるだろう。この技術はまた対象が平面波放射によって照らされ、対象物の前のアパーチャが物体の領域によって散乱された光を選択するために使用される場合にも応用できる。
【０００５】
この意味でディフラクションパターンは、物体のある距離だけ後ろであって光波面の伝播方向に垂直な平面における光の構造によってもたらされた強度の分散である。この平面は測定面と表され、この面でなされる測定は、適当な座標ベクトルであるｕを用いてΨk（ｕ）と表される。測定面とサンプル面との間の距離が小さい場合、ディフラクションパターンは近接場ディフラクションパターンとして知られていることに注意されたい。この距離が大きい場合は遠視野ディフラクションパターンとして知られている。
【０００６】
念写法は、ＣＣＤカメラまたは同様の、適した記録デバイスを用いて測定面におけるいくつかのディフラクションパターンを記録することに依存している。物体の水平の位置と局所的な光波面はそれぞれのパターンが異なる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】世界公開第０５／１０６５３１号パンフレット
【発明の概要】
【０００８】
有用なイメージデータを提供するために、対象物の前のアパーチャまたは入射放射自身に関係する光関数に関係する透過関数でありうるプローブ関数の特性が知られているか、算出されなければならない。これは、多大な時間のかかるセットアップ技術を要求し、または用いられたプローブ関数が不正確であった場合、不正確さを招く可能性がある。
【０００９】
本発明の目的は、上述の問題を少なくとも部分的に軽減することである。
【００１０】
本発明のある実施形態の目的は、対象物の領域のイメージを構築するために使われ得、要求されるプローブ関数の注意深い知識がなくても利用できるイメージデータを提供するのに適した方法および装置を提供することである。
【００１１】
本発明のある実施形態の目的は、効率的な方法で有用な結果を提供する繰り返し過程が用いられるイメージデータを提供する方法および装置を提供することである。
【００１２】
本発明の第１の側面によると、対象物の領域のイメージを構築するためのイメージデータを提供する方法が提供され、方法は、
対象物において放射源からの入射放射を提供し、少なくともひとつの検出器によって、対象物によって散乱された放射強度を検出するステップと、
少なくとも１つの検出器によって、対象物がない状態での放射源によって提供される放射強度を検出するステップと、
対象物がない状態で検出された放射強度と対象物によって散乱されて検出された放射強度に応答して繰り返し過程によってイメージデータを提供するステップと
を備える。
【００１３】
本発明の第２の側面によると、対象物の領域のイメージを生成するためのイメージデータを提供する装置が提供され、装置は
対象物を所与の位置に位置させるための手段と、
位置させる手段によって位置された対象物に入射放射を提供するための放射源と、
入射放射を位置させるための対象物を位置させる手段、または、対象物に対して１または複数の位置にある対象の後ろのアパーチャによって散乱された放射強度を検出するための少なくとも１つの検出装置と、
対象物がない状態で検出された放射強度と対象物によって散乱されて検出された放射強度に応答して繰り返し過程によってイメージデータを提供する処理手段と
を含む。
【００１４】
本発明のある実施形態は、繰り返し過程の間、対象物に関係する物体関数のランニング見積もり（ｒｕｎｎｉｎｇ  ｅｓｔｉｍａｔｅ）を計算するために使用されるプローブ関数のランニング見積もりとともにプローブ関数はステップごとに繰り返し計算される有利さを提供する。
【００１５】
本発明のある実施形態は、対象物の解析の前および／または後に、対象物を除く光学系一式からの光が効率的に測定されうる有利さを提供する。これはプローブ関数が他の時間に測定される必要を取り除く。
【００１６】
本発明のある実施形態は、繰り返し過程によって集められ、イメージを構築するイメージデータを使用した高解像度イメージを提供する方法を提供する。
【００１７】
本発明のある実施形態は、対象物のほかの特性を算出するためにデータとして処理されうる、対象物の特性を示すイメージデータが提供されうる有利さを提供する。イメージはイメージデータを用いて構築される必要はない。
【００１８】
本発明の実施形態を、例としてのみ、添付の図を参照しながら以下に述べる。
【００１９】
図中の同様の符号は同様の部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】対象物における入射波を示す図である。
【図２】プローブ関数と対象物を含めたディフラクションパターンの構成を示す図である。
【図３】位相修正アルゴリズムを示す図である。
【図４】プローブ関数と対象物を含めないディフラクションパターンの構成を示す図である。
【図５】対象物の領域の高解像度イメージを構築するために使用するイメージデータを提供する装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、散乱パターンが如何にして生成され、および、対象物の構造の情報に対応するイメージデータを算出するために使用されうることを示している。用語対象物は、放射の分散を生じさせる入射放射の経路の中に置かれたいかなるサンプルまたは要素をも示している。対象物は少なくとも部分的に入射放射に対して透過であるべきである。対象物は繰り返し構造を有していても有していなくてもよい。代わりに、散乱パターンが反射放射を元に測定されている場合は、対象物はすべてまたは部分的に反射してもよい。
【００２２】
入射放射１０は対象物１１に放射されている。用語放射は、放射源からのエネルギーと広く解釈される。これは、Ｘ線、電子などの放射粒子、および／または音波を含む電磁放射を含む。このような放射は波関数Ψ（ｒ）によって表されることができる。この波関数は当業者に知られているように、実数部と虚数部を含む。これは波関数の絶対値と位相とによって表すことができる。Ψ*（ｒ）はΨ（ｒ）の複素共役であってΨ（ｒ）Ψ*（ｒ）＝｜Ψ（ｒ）｜2であり、｜Ψ（ｒ）｜2は波関数に関して測定される強度である。
【００２３】
入射放射１０はサンプル１１を通り過ぎ、後ろに散乱される。サンプルから出射されると、入射放射の波関数は振幅と位相がサンプルのターゲットより前側での入射放射の波関数と比較して変更される。生じた散乱は、入射放射の特性がサンプルを通過した結果変更される、フーリエ散乱、反射、および／またはフレネルの散乱およびいかなるほかの形態の散乱も含めてよい。ＣＣＤ検出器１２のような検出器アレイがサンプルから長い距離離れて配置されている場合、散乱パターンは散乱面１３に形成される。フーリエ散乱パターンは、Ｄが、散乱パターンが点源（ｐｏｉｎｔ  ｓｏｕｒｃｅ）から効果的に形成されるくらいに十分長いとし、検出器１２がサンプルからＤの距離離れて位置している場合に、形成されるであろう。検出器をより近くに位置させることにより、散乱面がサンプルにより近い場合、フレネルの散乱パターンが形成されるであろう。
【００２４】
入射放射１０が、対象物１１の第１の面上に入射する。入射放射はサンプル内で散乱され、透過放射は散乱パターンが形成される散乱面１３上に伝播する。
【００２５】
図２は図１の過程をより詳細に示す。放射１０は、たとえば弱いレンズによって、大まかに焦点が合わさり、対象物の第１の表面の領域は照らされる。弱いレンズは、一組の板および電子ビームを供給する電圧またはＸ線の反射面などのいかなる適切な焦点を合わせる部品を含めてもよい。弱い焦点合わせは、プロービング（ｐｒｏｂｉｎｇ）放射ビームを細くするのに十分である。したがって鋭く焦点合わせをする必要はないが、強く焦点合わせをされた放射も使用できる。ここで対象物は、関心のある物体を通過した結果としての入射波を提供する、位相と振幅を表す物体関数Ｏ（ｒ）を提供する。対象物に入射する光波は、レンズまたはほかの光学要素によって形成される光のプロファイルによってによって生成されるような光関数を形成するプローブ関数Ｐ（ｒ）を表す。Ｐ（ｒ）は物体の面におけるこの波場（ｗａｖｅ  ｆｉｅｌｄ）の複素数の固定値である。出射波関数Ψ（ｒ，Ｒ）は、対象物の下流の面から出て行く、散乱される放射を定義する。この出射波が空間を伝播し、散乱面１３に散乱パターンΨ（ｕ）を形成する。
【００２６】
対象に弱く（または強く）焦点を合わせられた光よりも、ターゲットの前のアパーチャとともに、焦点を合わせられていない放射を用いることができる。アパーチャは対象物の前に位置し、したがって対象の調べる領域を選択する。アパーチャはマスクを形成するので、アパーチャは「サポート（ｓｕｐｐｏｒｔ）」を定義する。サポートは関数がゼロでない関数の領域である。言い換えるとサポートの外は関数はゼロである。サポートの外側は、マスクが放射の透過を阻止する。用語アパーチャは放射の局所化された透過関数を記述する。これは、絶対値が０から１の間を有する、２次元の複素数によって表される。例は、透過を変化させる物理的なアパーチャ領域を有するマスクである。
【００２７】
入射放射はサンプルの上流側に入射され、サンプルを透過することによって散乱する。サンプル波Ｏ（ｒ）は、物体との相互作用の後、放射の出射波関数として形成される。こうしてＯ（ｒ）は２次元複素関数を表し、したがってＯ（ｒ）のそれぞれの点、ここでｒは２次元座標、は複素数である。Ｏ（ｒ）は、平面波によって照らされた物体から発散する物理的な出射波を表す。たとえば、電子散乱の場合、Ｏ（ｒ）は、関心のある物体を通過した結果としての入射波にもたらされる、位相と振幅の変化を表す。アパーチャは、解析のための物体出射波の部分を選択するプローブ関数Ｐ（ｒ）（または透過関数）を提供する。アパーチャを選択するよりも、透過回折格子またはほかのこのようなフィルタリング関数を物体関数の下流に位置させてもよい。プローブ関数Ｐ（ｒ−Ｒ）は、アパーチャが位置Ｒに位置する場合のアパーチャ透過関数である。プローブ関数は、プローブによって完全な平面波放射になる、絶対値と位相を表す、絶対値と位相によって与えられる複素数を用いて複素関数として表されることができる。
【００２８】
出射波関数Ψ（ｒ，Ｒ）は、アパーチャを通過する放射の出射波関数である。この出射波Ψ（ｒ，Ｒ）は、分散面での分散パターンΨ（ｕ）を形成する。ここでｒは実空間での、ｕは分散空間でのベクトル座標である。
【００２９】
図１と図２に関して示されるアパーチャを形成する実施形態とアパーチャのない実施形態の両方とも、散乱放射が検出される分散面がサンプルの近いほうへ動いた場合、フーリエ分散パターンよりフレネル分散パターンが検出される。このような場合、出波Ψ（ｒ，Ｒ）から分散パターンΨ（ｕ）への伝播関数は、フーリエ変換よりもフレネル変換である。
【００３０】
図３は、一組の散乱パターンから物体の領域のイメージを構築するために使用できるタイプのイメージデータを回復するために使用できる本発明の実施形態にかかる繰り返し過程を示す。記述されている繰り返し過程３０は、物体における推量値３１と使用されたプローブ関数の形成における推量値３２とから開始される。次に、これらの初期推量値は繰り返し過程内のランニング推量値（ｒｕｎｎｉｎｇ  ｇｕｅｓｓ）に置き換えられる。イメージおよび／またはプローブ関数の初期推量値はランダムな分散または他の測定またはあらかじめ行われた計算をもとにしたあらかじめ計算された近似値であることができる。推量値は、サンプルの点の数に合わせられ、よって行列によって表される。このような行列はコンピュータまたはほかの処理ユニットによって保存され操作されることができる。適切にサンプルは同等に間隔をあけ、方形のアレイを形成する。ｋ回の繰り返しの後プローブ関数の見積もりはＰk（ｒ）で示され、ｋ回の繰り返しの後回復したイメージはＯk（ｒ）で示される。プローブ関数と物体関数のオリジナルの推量値はそれぞれＰ0（ｒ）、Ｏ0（ｒ）であり、ｒは適切な座標ベクトルである。
【００３１】
物体とプローブ関数の繰り返しの場所にかんする現在の変換ベクトルがＲkで表されるとき、推量化（ｇｕｅｓｓｅｄ−ａｔ）された物体関数とプローブ関数の関係は次のようにモデル化される。
Ψk（ｒ，Ｒk）＝Ｏk（ｒ）Ｐk（ｒ−Ｒk）    （１）
【００３２】
これは現在の出射波面である。本発明の実施形態によると、繰り返し過程は物体推量値を更新するために使用される。これは図３の左の囲み３３に示されている。更新されたプローブ関数推量値は、図３の右の囲み３４に示されるように繰り返し計算される。
【００３３】
物体推量値の更新では、最初のステップはステップ３５における出射波面Ψk（ｒ，Ｒk）を計算することである。これは上記の式（１）を用いて実行される。次のステップは、コヒーレントな波面の伝播の適したモデルを用いて達成する、出射波面が測定面に伝播することである。
【００３４】
伝播は伝播関数  （Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｏｐｅｒａｔｏｒ）Ｔによって表され、
Ψｋ（ｕ）＝Ｔ［Ψｋ（ｒ，Ｒｋ）］    （２）
【００３５】
ステップ３６に示される変換Ｔは、伝播した波面Ψk（ｕ）を生成し、ｕは測定面における座標を示す。Ψk（ｕ）は複素数なので、
Ψk（ｕ）＝Ａk（ｕ）ｅｘｐ（ｉθk（ｕ））    （３）
と記述できる。
【００３６】
つぎにこのモデル化された波面は測定された分散パターンと比較されなければならない。推量化された物体は修正され、すべての値ｋにたいして次の式が適用される。
【００３７】
【数１】
0005619767.tif 000002
【００３８】
伝播した出射波面の絶対値は、記録された散乱パターン強度の平方根に等しい。概して、いつも、推量化された物体がサンプル点において実際の物体を正確に表さないとは限らない。等式を実行して、伝播した出射波面の絶対値は、記録された散乱パターン強度の平方根に置き換わり、
【００３９】
【数２】
0005619767.tif 000003
【００４０】
ステップ３７において伝播した出射波面の絶対値は、記録された散乱パターン強度の平方根に置き換わる。
【００４１】
修正された波面は、伝播関数の逆数（ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｏｐｅｒａｔｏｒ）を用いて物体の面へ逆に伝播する。
Ψ’ｋ（ｒ，Ｒｋ）＝Ｔ−１［Ψ’ｋ（ｕ）］    （６）
【００４２】
この逆への伝播ステップ３９は修正された出射波面Ψ’k（ｒ，Ｒk）を提供する。更新ステップ４０は計算されて改善された物体推量値Ｏk+1（ｒ）を提供する。更新ステップ４０は以下に従って実行される。
【００４３】
【数３】
0005619767.tif 000004
【００４４】
この更新関数は図３においてＵ１と記され、物体推量値Ｏk+1（ｒ）を生成する。パラメータαは物体推量値の変化の割合に影響を与える。この値は０から２の間を取り、高い値ほど改善された物体推量値は不安定になる可能性がある。本発明にかかる実施形態によると、プローブ関数は、物体関数と同じ方法で再構築される。次にプローブ関数推量が、物体の推量と同時に実行される（プローブ関数は、オプション的に、物体関数よりも多い回数、または少ない回数更新されてもよい。）。これを達成するために、対象物をシステムから除いて測定面での散乱パターンを測定する。この散乱パターンは対象物を定位置に置く前に記録してもよく、または前もって言及した散乱パターンのあと対象物を取り除いて記録してもよく、または対象物を置く前と後の散乱パターンの組み合わせでもよい。
【００４５】
プローブ関数の散乱パターンが記録される。これを測定値Ωp（ｕ）とする。この散乱パターンの測定は図４に示されている。
【００４６】
ステップ３２では、Ｐ0（ｒ）が、ランダムまたは前もっての測定または計算に基づいた近似値であってよいプローブ関数の初期推量値として選ばれている。同様の方法で、上記の修正／更新ステップに前もって、プローブ関数推量値は変換されて測定面へ伝播し、
Φk（ｕ）＝Ｔ［Ｐk（ｒ）］    （８）
【００４７】
これは次のように書ける。
Φk（ｕ）＝Ｂk（ｕ）ｅｘｐ（ｉγk（ｕ））    （９）
【００４８】
修正ステップ４３は、この伝播した出射波面の絶対値を、対象物がない状態での測定面４４における伝播した出射波面の絶対値と置き換えることにより実行される。
【００４９】
修正された波面はステップ４５において逆に伝播し、
Ｐ’k（ｒ）＝Ｔ-1［Φ’k（ｕ）］    （１１）
【００５０】
更新ステップ４６は更新関数Ｕ２を利用し、
【００５１】
【数４】
0005619767.tif 000005
【００５２】
この更新関数の結果はプローブ関数のランニング見積もり（ｒｕｎｎｉｎｇ  ｅｓｔｉｍａｔｅ）を生成する。パラメータβは、プローブ推量値の変化の割合に影響を与える。この値は０から２の間を取り、高い値ほど改善されたプローブ推量値は不安定になる可能性がある。プローブ関数のランニング推量値は、出射波面を生成するためにステップ３５にて使用されてもよく、次の繰り返しにおいてプローブ関数のランニング見積もりを更新するためにステップ４２において変換される新しい見積もりを提供してもよい。
【００５３】
図５は、図１および２に示した上記の実施形態に関する対象物の領域の高解像度イメージを構築するために使用するイメージデータを提供する装置を示している。放射源５０は、対象１１の選択された領域上に放射を弱く焦点合わせするレンズ５１上に光を供給する。入射放射は入射波関数５２および出射波関数５３を有する。この出射波関数は距離Ｄにわたって伝播し、分散パターンは検出器１２のアレイ上に形成される。距離Ｄは、伝播した出射波関数５３が遠視野でのフーリエ散乱パターンを形成する程度に優位に十分長い。検出器アレイは、対象物１１によって散乱された放射強度を検出できる少なくとも１つの検出器を提供する。配置されているデバイス５４はマイクロアクチュエータ（ｍｉｃｒｏ  ａｃｔｕａｔｏｒ）として供給され、対象物に関して、１または複数の所望の位置に対象物を位置させることができる。このように、源５０からの放射は対象１１の上流の面の異なる位置に入射することができる。
【００５４】
かわりに、いくつかの応用では、有利に、距離Ｄを十分小さくして伝播した出射波関数５３が近接場において検出器上にフレネルの散乱パターンを形成する。
【００５５】
制御ユニット５５は、制御信号をマイクロアクチュエータに提供し、検出器アレイ１２のそれぞれのピクセル検出器から強度測定結果を受信する。制御ユニット５５はマイクロプロセッサ５６とデータストア５７と、ユーザディスプレイとユーザ入力キーパッドを含むことができるユーザインターフェース５８とを含む。制御ユニットは、ラップトップ５９または遠隔制御用のＰＣなどの処理デバイスに接続されてもよい。かわりに、制御ユニット５５はラップトップまたはＰＣによって提供されてもよい。制御ユニット５５は自動的にリアルタイムでイメージデータの提供を制御する。かわりにユーザはユーザインターフェース５８を使用してイメージングのための対象物の領域を選択するか、さらなるユーザ入力を提供することができる。
【００５６】
放射源５０は放射によってレンズ５１を照らす。対象物１１は選択的に制御ユニット５５の制御のもと、アクチュエータ５４によって位置づけられている。放射は、検出器アレイ１２内のそれぞれの検出器のそれぞれの位置において検出された放射パターンを形成する。これら検出器からの結果は、制御ユニットに入力され、データストア５７に保存されることができる。イメージデータを引き出すために１つの位置のみが使用された場合、マイクロプロセッサはイメージデータを引き出すために、上記のアルゴリズムに関する情報を含むプログラム命令とともに、この検出された情報を使用する。しかし、イメージデータを仕上げる前に１つまたは複数の位置が要求された場合、制御ユニットは次に信号を、サンプルをほかの選択された位置に位置させているアクチュエータ５４に発行する。アクチュエータ５４はサンプルを多くの異なる位置の１つに配置させることができる。再配置のあと、検出器アレイ上に形成されたさらなる散乱パターンが測定され、結果が制御ユニットに保存される。例として、アレイ１２は１２００×１２００ピクセルのＣＣＤアレイであるとする。さらなる強度測定が要求されなかった場合、イメージデータはこの段階で、上記のアルゴリズムを使用して２つの新しく保存された結果の組に従って制御ユニットによって生成される。生イメージデータが表示されてもよく、またはイメージデータから生成された高解像度イメージがユーザインターフェースまたはＰＣ上の遠隔ディスプレイまたはほかのこのようなデバイス上に表示されてもよい。かわりにまたは追加的に、イメージデータは、対象物の特性を算出するために利用されてもよい（たとえばデータ値を前もって算出した値と比較することによって）。
【００５７】
アクチュエータを、対象物のない散乱パターンが測定できるように対象物を光の経路の外に動かすために使用してもよい。またはこの動きはほかのアクチュエータ（図示されていない）またはユーザインターフェースによってなされてもよい。
【００５８】
発明の更なる実施形態によると、拡散器が対象の前のアパーチャを覆う。拡散器は、サンプルに入射する放射がさらに測定される散乱パターンのすべての散乱角度に均一に広がるように波面を対象から拡散するように配置されている。拡散器を配置して、光関数、またはプローブ関数を再生するために要求される測定を実行することにより、拡散器の効果が自動的に再生される。よって、拡散器は、任意の方法で対象から波面を拡散することができ、拡散器の性質を知っておく必要はない。
【００５９】
拡散器の存在は、散乱パターンのダイナミックレンジの減少を引き出す。多くの検出器は限定されたダイナミックレンジを有しているため、散乱パターンのダイナミックレンジの減少は、算出するのにより信頼できる、散乱パターンの表現を可能にする。さらに、サンプルに入射する放射がすべての散乱角度にさらに均一に拡散されると、イメージデータを引き出すために要求される入射流量は減少されることができ、対象物を損傷する可能性を減少させることができる。
【００６０】
任意の変換関数を有するいかなるタイプの拡散器をも用いることができる。拡散器の選択は使用される放射の特性、および所望の散乱効果に依存する。たとえば、可視光に対して、拡散器はすりガラスの拡散器を含むことができる。
【００６１】
本発明の更なる実施形態によると、既知の変換関数を有する拡散器を、既知のプローブ関数と同時に使用することができる。このような配置は、拡散されるプローブ関数の計算を可能にし、対象物を、前もって計算されたプローブ関数を使用して見積もることを可能にする。
【００６２】
本特許明細書中の説明と特許請求の範囲にわたり、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｃｏｎｔａｉｎ）」およびこれらの変化形、たとえば「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」は「含むが限定されない」ことを意味し、ほかの部分、追加、要素、数値、またはステップを排除することを意図していない（および排除していない）。
【００６３】
本特許明細書中の説明と特許請求の範囲にわたり、文脈が要求しない限り、単数は複数を含む。特に、限定されていない項目が使用されている場合、文脈が要求しない限り、記述は単数と同様複数を考慮している。
【００６４】
特定の側面と併せて記述された特徴、数値、特性、要素、化学的な部分またはグループ、発明の実施形態または例は、ここに記述されたものと矛盾しない限り、ほかの側面、実施形態、または例に応用できる。
【図１】
0005619767.tif 000010
【図２】
0005619767.tif 000011
【図３】
0005619767.tif 000012
【図４】
0005619767.tif 000013
【図５】
0005619767.tif 000014